對于長期處于風(fēng)荷載、車輛荷載等隨機動荷載作用下的大型橋梁結(jié)構(gòu),疲勞破壞是導(dǎo)致其發(fā)生破壞的一種主要形式。疲勞破壞通常表現(xiàn)出脆性破壞的性質(zhì),因此,橋梁等重大結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生破壞,便會造成不可估量的損失。可見,研究結(jié)構(gòu)疲勞壽命的意義重大。目前主要通過疲勞試驗或者樣本試驗結(jié)合雨流計數(shù)法預(yù)測結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。疲勞試驗周期長、離散性較大、試驗費用高。本文提出了一種僅需測量材料基本參數(shù)就可以預(yù)測橋梁鋼構(gòu)件疲勞壽命的方法。該方法結(jié)合了內(nèi)聚力模型理論及實時雨流計數(shù)法,在預(yù)測構(gòu)件疲勞壽命的同時,還能夠分析疲勞裂紋擴展進程。本文以“973”項目“特大跨橋梁安全性設(shè)計與評定的基礎(chǔ)理論研究”的子課題3“多因素作用下特大跨橋梁性能演化特征”(2015CB057703)為研究背景,針對鋼結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴展及疲勞壽命問題展開了以下研究:(1)從內(nèi)聚力單元幾何構(gòu)型選擇、幾何方程、單元剛度陣、坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣、本構(gòu)關(guān)系、擴展準(zhǔn)則等方面出發(fā),完成了基于雙線性本構(gòu)關(guān)系的初始厚度為零的12節(jié)點內(nèi)聚力單元理論推導(dǎo)和相應(yīng)的用戶自定義子程序,結(jié)合一個簡單算例,對內(nèi)聚力單元有效性進行了驗證。(2)對不同的計數(shù)方法循環(huán)計數(shù)結(jié)果進行了比較分析,選擇了...

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 疲勞裂紋擴展研究方法
        1.2.1 擴展有限元法
        1.2.2 虛擬裂紋閉合法
        1.2.3 無網(wǎng)格法
        1.2.4 內(nèi)聚力模型法
    1.3 疲勞壽命預(yù)測方法
        1.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法
        1.3.2 雨流計數(shù)法
    1.4 存在的問題
    1.5 本文研究內(nèi)容
2 內(nèi)聚力模型
    2.1 內(nèi)聚力單元選擇
        2.1.1 內(nèi)聚力單元界面幾何構(gòu)型確定
        2.1.2 平面6節(jié)點三角形單元形函數(shù)
    2.2 幾何方程
    2.3 單元剛度矩陣
    2.4 坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)矩陣
    2.5 本構(gòu)關(guān)系
        2.5.1 單元損傷因子
        2.5.2 幾種常見的內(nèi)聚力本構(gòu)
        2.5.3 本構(gòu)關(guān)系選擇
    2.6 荷載向量
    2.7 本章小結(jié)
3 疲勞裂紋擴展數(shù)值實現(xiàn)
    3.1 ANSYS二次開發(fā)簡介
        3.1.1 UPFs
        3.1.2 APDL
    3.2 內(nèi)聚力單元構(gòu)型
    3.3 APDL命令流示例
    3.4 數(shù)值計算問題
        3.4.1 Gauss-Legendre數(shù)值積分
        3.4.2 二重積分?jǐn)?shù)值計算
        3.4.3 非線性平衡方程數(shù)值求解
        3.4.4 內(nèi)聚力單元生成與管理
    3.5 子程序編譯與執(zhí)行
    3.6 本章小結(jié)
4 疲勞壽命預(yù)測方法
    4.1 計算模型確定
        4.1.1 計數(shù)法預(yù)處理過程
        4.1.2 雨流計數(shù)法模型選擇
        4.1.3 累積損傷準(zhǔn)則
    4.2 雨流計數(shù)法計算程序?qū)崿F(xiàn)
        4.2.1 雨流計數(shù)法計算流程
        4.2.2 應(yīng)力信息添加
    4.3 結(jié)果與分析
    4.4 計數(shù)結(jié)果敏感性分析
    4.5 疲勞壽命預(yù)測
    4.6 本章小結(jié)
5 疲勞裂紋擴展及疲勞壽命預(yù)測實例
    5.1 內(nèi)聚力單元驗證
    5.2 裂紋擴展模型分析
    5.3 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻
附錄A 內(nèi)聚力單元代碼(核心)
附錄B 實時雨流計數(shù)法代碼(核心)
附錄C 內(nèi)聚力單元更新代碼
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝



本文編號：3855934